Способы распространения семян

Существует несколько способов распространения плодов и семян:

• с помощью ветра (рис. 1);

Такие плоды и семена обычно довольно мелкие и лёгкие. Часто они снабжены приспособлениями для полёта: крылышками или парашютиками. Это позволяет им дольше находиться в воздухе и перелетать на большие расстояния. Иногда крылышко бывает изогнуто таким образом, что плод или семя вращается во время полёта, а приземляясь, ввинчивается в грунт.

Рис. 1. Семена, распространяемые ветром

• с помощью воды (рис. 2);

У растений, растущих в водоемах или по их берегам (кувшинки, стрелолисты, частухи, рдесты), плоды и семена обычно распространяются по воде. Они не смачиваются водой и не тонут, благодаря имеющимся выростам или воздушным полостям. У некоторых растений плоды могут плавать несколько недель или даже месяцев (стрелолист, ольха, осока, вех).

У лотоса или чилима (водяного ореха) созревшие семена легче воды и плавая на поверхности, распространяются по всему водоёму. Со временем они набухают, становятся тяжелее воды и опускаются на дно, где перезимовывают, а весной прорастают.

Рис.2. Кокос и чилим

Орехи кокосовой пальмы путешествуют на огромные расстояния по соленой морской воде. Семена ивы, опадая с материнского растения в воду, переносятся на другие участки водоёма, где волны прибивают их к берегу. Там они и прорастают.

• с помощью животных;
  
  - механический перенос на теле животных: плоды и семена имеют различные выросты в форме крючков и прицепок (рис. 3). Иногда семена прилипают к животному благодаря слизи, образуемой при разложении плода. Они прицепляются к шерсти и перьям, и животное транспортирует их, пока они не отвалятся из-за разрушения прицепок, или пока животное не полиняет.

Рис. 3. Плоды и семена, переносимые животными

- использование плодов в пищу (рис. 4): многие ягоды поедаются птицами, сочная их часть переваривается в пищеварительном тракте, а семена обладают устойчивой к пищеварительным ферментам оболочкой и остаются нетронутыми. Они выделяются вместе с экскрементами и попадают в почву. При прорастании экскременты птиц служат удобрением для развивающегося растения.

У ряда растений семена вообще не прорастают, если не пройдут через пищеварительный тракт птиц.

Животное может поедать только мякоть плодов, а семена при этом разбрасывать, иногда на довольно большие расстояния.

Рис. 4. Плоды, привлекающие животных как пищевой объект: семена ели, калина, шиповник

Некоторые звери и птицы переносят плоды в подходящее место, и только там поедают их, оставляя на этом месте семена.

Распространителями семян могут быть насекомые. Мелкие плоды и семена многих растений, особенно в тропических лесах, переносят муравьи. Например, муравьи перетаскивают семена трав с сочными придатками-выростами (рис. 5). Поедая сочные части растений, муравьи оставляют сухие семена в муравейнике или выбрасывают их неподалеку. Поэтому существуют растения, место обитания которых привязаны к муравейникам, часто к определённому виду муравьёв.

Рис. 5. Семена, распространяемые муравьями

• разбрасывание семян самим растением (рис. 6) происходит при резком вскрытии плодов. У таких растений при созревании плода в нём возникает механическое напряжение, и небольшой толчок приводит к растрескиванию околоплодника. При этом створки плода часто сворачиваются, разбрасывая семена в разные стороны. Такие растения называют баллистами (от лат. «баллиста» — машина для метания). У недотроги и караганы семена разлетаются при растрескивании и скручивании створок плодов.

Рис. 6. Недотрога мелкоцветковая и ее лопнувший плод

Примером сочного плода, разбрасывающего семена, является бешеный огурец (рис. 7).

Рис. 7. Бешеный огурец обыкновенный (Ecballiumelaterium)

В плодах этого растения за счёт процессов брожения образуется много газов. Семена находятся в насыщенной газом полужидкой мякоти. Если до такого плода дотронуться, то он лопается на конце, и струя жидкости, содержащей семена, вылетает на несколько метров.

Терминология

Определение

Диаспора - распространяемая единица (плод, семя, соплодие и т.п.)

Перенос диаспор при помощи ветра - анемохория
Перенос диаспор при помощи воды - гидрохория
Перенос диаспор при помощи животных - зоохория
Перенос диаспор на теле животных - эктозоохория
Перенос диаспор при их поедании - эндозоохория
Перенос диаспор при помощи муравьёв - мирмекохория
Перенос диаспор без посредников - автохория
Перенос диаспор при раскачивании растений - баллистохория
Перенос диаспор под действием силы тяжести (опадение) - барохория

Прорастание семян

У семян большинства растений имеется период покоя. В это время семена теряют много влаги (обезвоживаются); у них замедляется обмен веществ. Дыхание становится очень слабым.

Период покоя семян у ряда растений может продолжаться несколько лет.

Известны растения, у которых отсутствует период покоя семян: прорастание у таких растений возможно прямо внутри плода, находящегося на материнском растении. Продолжительность периода покоя может определяться наступлением условий, благоприятных для прорастания.

Семена некоторых растений не способны прорастать без яровизации.

Яровизация — период пребывания семян при определённых низких (часто отрицательных) температурах.

Условия прорастания семян

• определенная температура;

Многие тропические растения прорастают при температурах не выше 25^оС (например, кофе, многие кактусы и орхидеи).

Растения субтропических областей прорастают, как правило, при температурах 10-15^оС (например, огурец, помидор, баклажан).

Растения умеренной зоны прорастают при разных температурах. Одни прорастают при положительных температурах, другие — при температуре, превышающей определённую величину.

• наличие воды;

Так как семена при созревании обезвоживаются, запуск процессов обмена веществ, необходимого для роста, требует поглощения воды. Вода проникает в семена через семявход (микропиле). Семена набухают, при этом их масса и объём увеличиваются в несколько раз. Затем начинается развитие зародыша семени во взрослое растение.

• наличие кислорода;

Зародыш внутри семени лишён возможности фотосинтезировать и питается гетеротрофно готовыми органическими веществами эндосперма. Для получения энергии он использует дыхание, которое невозможно в отсутствии кислорода.

Прорастание семян

Различают два вида прорастания семян:

• надземное прорастание;

Первым начинает расти зародышевый корешок. Он разрывает семенную кожуру и выходит наружу. Так как он обладает положительным геотропизмом (направленный рост вниз), он растёт вниз и внедряется в почву. После этого он распрямляется и выносит вверх семя. Семенная кожура разрывается, и семядоли оказываются на свету. Они зеленеют и начинают фотосинтезировать. Растёт и зародышевый стебелёк, начинают образовываться настоящие листья (рис. 1).

Надземное прорастание характерно для двудольных растений.

Рис. 1. Надземное прорастание

• подземное прорастание;

При подземном прорастании семядоли не выносятся на поверхность (рис. 2). За счёт роста зародышевого стебелька на поверхности оказывается зародышевая почка, которая даёт начало листьям.

Такое прорастание наблюдается у однодольных, у которых при прорастании не образуется сильного главного корня, а образуется много мелких придаточных. Подземное прорастание так же наблюдается у растений с крупными тяжёлыми семядолями, например, у дуба.

Рис. 2. Подземное прорастание: А — зерновка злака; В — процесс прорастания.

Опыление и оплодотворение

Сложность статьи

Подготовиться к ЕГЭ

Жизненный цикл растения включает два поколения: диплоидного спорофита (диплобионта) и гаплоидного гаметофита (гаплобионта). В процессе эволюционного развития спорофит становился все крупнее и самостоятельнее, а гаметофит постепенно редуцировался.

Цветковые растения имеют микроскопический гаметофит, входящий в состав цветка (рис. 1):

• женский гаметофит — это зародышевый мешок в семязачатке завязи пестика;
• мужской гаметофит — пыльцевое зерно в пыльнике тычинки.

Рис. 1. Микроскопические гаметофиты

Образование гамет у покрытосеменных растений

Половое размножение растений происходит с участием гамет.

Формирование мужских гамет

Тычинки являются мужскими органами цветка, и в них происходит образование и развитие мужского гаметофита. Также как и у голосеменных он представлен пыльцевым зерном.

Образование пыльцевых зёрен происходит в камерах пыльников из диплоидных стволовых клеток (рис. 2, А).

Стволовая клетка (2n) делится мейозом, образуя 4 гаплоидные микроспоры (n).

Ядро каждой микроспоры делится митозом, образуя два гаплоидных ядра: вегетативное (n) и генеративное (n).

Вокруг генеративного ядра концентрируется часть цитоплазмы, и формируется генеративная клетка (внутри вегетативной клетки).

На поверхности цитоплазматической мембраны микроспоры из содержимого пыльцевого мешка образуется очень прочная оболочка, нерастворимая в кислотах и щелочах.

Таким образом, каждое пыльцевое зерно состоит из вегетативной и генеративной клеток и покрыто двумя оболочками.

В дальнейшем из генеративной клетки путем митоза образуются 2 спермия. Этот процесс может происходить позже, параллельно с прорастанием пыльцевого зерна при оплодотворении.

Множество пыльцевых зёрен составляет пыльцу растения. Пыльца созревает в пыльниках к моменту распускания цветка.

Развитие пыльцы приводит к разрастанию пыльцевых камер, их стенки разрываются и пыльца высыпается наружу.

Рис. 2. Схема развития мужского гаметофита (А) и женского гаметофита (Б):

Формирование женских гамет

В завязях пестика формируются семязачатки, или семяпочки (рис. 2, Б). У разных видов растений количество семязачатков варьирует от одного (вишня) до нескольких десятков (мак).

Семязачаток формируется из выростов стенки завязи.

Одним концом он прикреплён к стенке завязи, откуда в него входит проводящий пучок, поставляющий питательные вещества для его роста и развития. С другой стороны образуется отверстие — микропиле, или пыльцевход.

Внутри семязачатка из диплоидной стволовой клетки (2n) путем мейоза образуется гаплоидная мегаспора (n) и три направительных тельца.

Мегаспора дает начало женскому гаметофиту — зародышевому мешку, направительные тельца отмирают.

Формирование зародышевого мешка:

Ядро мегаспоры (n) делится митозом, образовавшиеся два ядра (n) расходятся к противоположным концам, но деления клетки не происходит — образуется двухъядерная клетка.

Ядра ещё дважды делятся митозом (образуется восьмиядерная клетка), в результате на каждом конце клетки образуется группа из 4 ядер.

По одному ядру из каждой группы перемещаются к центру, где сливаются и образуют диплоидное центральное ядро зародышевого мешка.

Вокруг ядер обосабливается цитоплазма и образуются отдельные клетки:

• со стороны микропиле отделяется крупная клетка — яйцеклетка;
• рядом с яйцеклеткой образуются две небольшие клетки-спутницы, или синергиды;
• с противоположной стороны образуются три маленькие клетки -- антиподы;
• центральная часть с диплоидным ядром образует центральную клетку (2n-клетку) зародышевого мешка.

Таким образом, зрелый женский гаметофит покрытосеменного растения содержит всего 7 клеток: 6 гаплоидных и одну диплоидную.

После созревания гамет происходит опыление.

Опыление

Опыление — процесс переноса пыльцевого зерна на рыльце пестика.

Способы опыления (рис. 3):

• самоопыление — опыление собственной пыльцой данного цветка;
• перекрестное опыление — опыление пыльцой другого цветка.

Рис. 3. Способы опыления

Двойное оплодотворение

Гаметофиты вырабатывают разнообразные фитогормоны и ферменты, участвующие в оплодотворении.

В рыльце пестика содержится большое количество аминокислоты триптофана, а в пыльцевых зернах — фермент, превращающий ее в фитогормон ауксин (гормон роста).

При попадании пыльцевых зерен на рыльце пестика запускаются химические процессы, стимулирующие прорастание пыльцевого зерна: из вегетативной клетки образуется пыльцевая трубка.

В начале образования пыльцевой трубки происходит деление генеративной клетки, в результате чего образуется два спермия. Они перемещаются по пыльцевой трубке по мере её роста, находясь около её растущего конца.

Пыльцевая трубка обладает ярко выраженным хемо­тропизмом в сторону возрастания концентрации ионов Ca2+. Концентрация ионов Ca2+ увеличива­ется от рыльца к завязи пестика. Еще большая концентрация отмечена в семязачатке и наивысшая — в зародышевом мешке.

Достигнув завязи, пыльцевая трубка растет по особой ткани и через пыльцевой вход (микропиле) проникает в семязачаток, а затем в зародышевый мешок.

После того как пыльцевая трубка внедрилась в зародышевый мешок, ее головка разрывается под действием ферментов и разницы в осмотическом давлении между пыльцевой трубкой и зародышевым мешком.

А далее происходит двойное оплодотворение (рис. 9). В зародышевый мешок попадают два спермия:

• один спермий сливается с яй­цеклеткой, образуя зиготу;
• второй спермий сливается с центральной диплоидной клеткой зародышевого мешка, образуя триплоидную клетку.

Рис. 9. Двойное оплодотворение

Клетки-спутницы и антиподы отмирают, а зигота, центральная клетка и клетки стенки семязачатка участвуют в образовании семени.

Зигота митотически делится и превращается в многоклеточный диплоидный зародыш, а триплоидная клетка, митотически делясь, превращается в триплоидное многоклеточное образование — эндосперм, питательную ткань для зародыша. В паренхиме эндосперма накапливаются крахмал, белки и жиры, для гетеротрофного питания зародыша.

В процессе оплодотворения происходит повышение синтеза ауксина в тканях цветка, что стимулирует разрастание завязи и других частей для формирования семени и плода.

Между опылением и оплодотворением проходит определенный промежуток времени: у некоторых растений 15 мин, у других — часы, неде­ли и даже месяцы.

Процесс двойного оплодотворения у покрытосеменных растений открыл в 1898 году русский ботаник академик Сергей Гаврилович Навашин (рис. 10).

Рис. 10. Академик Сергей Гаврилович Навашин